細胞生物學(xué)家的科研日常

彭瑤

2016年11月8日，我正在實驗室中焦急地等待實驗結(jié)果。之前的多次激光衍射實驗都以失敗告終，再一次嘗試結(jié)果如何？這時，電腦屏幕顯示了最新傳回的數(shù)據(jù)——這一次終于成功了！

這就是細胞生物學(xué)家的科研日常——有失敗的沮喪、有等待的忐忑、有堅持的決心，更有新科研成果即將誕生的激動和喜悅。讓我們一起來看看細胞生物學(xué)家的科研故事吧。

人體細胞的“信號兵”

G蛋白偶聯(lián)受體是人體細胞表面上的“信號兵”。作為一種重要的蛋白質(zhì)，它與人們的日常生活息息相關(guān)，負責將細胞外部信息傳遞到細胞內(nèi)部，廣泛參與人體狀態(tài)調(diào)節(jié)。

針對這一特性，人類可以開發(fā)出靶向（藥物分子對細胞的定向作用）于這種蛋白的藥物——G蛋白偶聯(lián)受體就像鎖具，靶向于這些蛋白的藥物則像鑰匙。“鑰匙”插入了對應(yīng)的“鎖孔”后，就像觸發(fā)機關(guān)一樣，G蛋白偶聯(lián)受體立馬開始工作，將細胞外部的信息傳遞到細胞內(nèi)。

G蛋白偶聯(lián)受體是一個龐大的家族，其中，名為五羥色胺2C的受體蛋白負責調(diào)控人體情緒、食欲、睡眠、記憶等多個重要生理狀態(tài)。它成了我們研究的首要目標。

給蛋白質(zhì)“拍照片”

想要對五羥色胺2C（以下簡稱“目標蛋白”）知根知底，就需要給它“拍”一系列三維“照片”，了解它的結(jié)構(gòu)。可這些目標蛋白緊緊依附在細胞膜上，體形也非常微小，想要給它們“拍照”可并不簡單。那么，我們是怎么做的呢？

挑選“模特”

首先，我們需要獲得大量、有效的目標蛋白。如果取用人體細胞的目標蛋白進行研究，不但不符合倫理，而且數(shù)量極其有限。因此，我們需要通過克隆的手段，在離體細胞（體外培養(yǎng)的細胞）上獲取有效的目標蛋白。

在這一過程中，我們首先要讓目標蛋白對應(yīng)的基因（以下簡稱“目標基因”）進入離體細胞，使其能夠表達出目標蛋白。但是，離體細胞自身會將目標基因識別為外來基因，并對它的入侵表示“抗議”。因此，我們需要把目標基因“包裝”好，“隱藏”在無毒桿狀病毒中。病毒就像特洛伊木馬一樣，攜帶我們的目標基因進入離體細胞內(nèi)，逃避細胞對它的檢查，離體細胞便能夠順利表達出我們所需要的目標蛋白了。

目標蛋白被表達出來后，你會發(fā)現(xiàn)它身上有一面“小旗子”。這是我們提前設(shè)置好的標簽，用來區(qū)別目標蛋白和其他非目標基因表達的蛋白，目標蛋白因而可以被純化。

找準“拍照姿勢”

找到了“模特”后，還要讓它們“擺”出最完美的“姿態(tài)”——結(jié)晶狀態(tài)。對純化后的目標蛋白進行結(jié)晶處理，可以讓它們形成有規(guī)律的重復(fù)排序。為了讓蛋白質(zhì)結(jié)晶，我們會嘗試數(shù)百種目標蛋白喜歡的溶液環(huán)境，讓它能夠在舒適的“游泳池”里集合、排隊，形成有序隊列。

“咔嚓”

最后一步，就是“按下快門”得到目標蛋白的“照片”了。獲得了目標蛋白的晶體后，我們就可以用強X射線激光對其衍射，從而得到目標蛋白的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

事實上，每一次克隆、表達、純化、結(jié)晶實驗都要持續(xù)一兩個月，一旦失敗就需要從頭再來。經(jīng)過兩年半的時間，最終，我們的研究成果刊發(fā)在了國際頂尖科研期刊《細胞》上，我們團隊也成了國際上第一個解析了五羥色胺2C受體蛋白結(jié)構(gòu)的科研團隊。

科學(xué)研究的美妙

每一次向他人介紹自己的研究領(lǐng)域時，我總是難掩對細胞生物學(xué)的熱愛——那些微小細胞中的無數(shù)蛋白質(zhì)分子，操控著如此精密的人體。而這些蛋白質(zhì)又是如此復(fù)雜，要是能解析它們的結(jié)構(gòu)、摸清它們之間如何相互作用，甚至在此基礎(chǔ)上開發(fā)出新的藥物，該是多么有成就感的事啊！向醫(yī)生了解臨床需求和難題、了解藥物研發(fā)企業(yè)的藥物設(shè)計思路、將科研成果轉(zhuǎn)化成臨床藥物……這些內(nèi)容也成了我工作的一部分。

在科研過程中，那些重復(fù)、繁瑣的實驗工作總是難以避免，但我認為，任何偉大的事業(yè)都是由小事累積起來的。那些能運用耐心與智慧將這些小事做好的人，終會找到自己事業(yè)的方向！

?獲取目標蛋白結(jié)構(gòu)的實驗過程（繪圖/詹鑫婕）

（責任編輯 / 代竹蕊 美術(shù)編輯 / 周游）